Laboratório Virtual de Física

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LABORATÓRIO VIRTUAL DE FÍSICA UTILIZANDO O SOFTWARE UNITY
Tailo Mateus Gonsalves1
Jean Carlos Hennrichs2
RESUMO
Muitas escolas não possuem investimentos e infraestrutura para disponibilizar um laboratório
de física a seus alunos, o que vem acarretar dificuldade em compreender e possibilitar testar
conceitos físicos na prática. Desta maneira alunos e professores acabam sendo prejudicados
bem na aprendizagem de uma das ciências mais antigas. O intuito deste trabalho consistiu em
criar e avaliar um laboratório virtual de física com o Unity, a fim de por meio de simulações
em 2D e 3D oferecer uma alternativa de ferramenta de aprendizagem de alguns fenômenos
físicos. A partir de uma pesquisa de natureza aplicada, forma de abordagem do problema de
pesquisa qualitativa e caracterizada como exploratória, desenvolveu-se a pesquisa
bibliográfica, posteriormente simulações em laboratório e um estudo de caso para validar o
objetivo da pesquisa. A avaliação foi realizada por alunos voluntários de uma escola de ensino
fundamental e médio, bem como também por uma professora de física. Por fim concluiu-se
que a proposta do laboratório virtual, para auxiliar no processo de ensino aprendizagem de
física, possuiu aceitação positiva dos estudantes, atingindo um índice de 70%, demonstrando
benefícios que a ferramenta desenvolvida veio a oferecer no processo de aprendizagem.
Palavras-chaves: Laboratório Virtual. Física. Unity.
1 INTRODUÇÃO
A física é uma das ciências mais antigas e tem um grau de dificuldade de
aprendizagem considerado complexo. Ela possui diversas leis, fórmulas e símbolos,
dificultando a absorção e o relacionamento desses conceitos com a prática do dia a dia, pois
muitas vezes ocorre apenas o contato teórico com esta ciência. Isso acaba por não atrair a
devida atenção dos alunos e de novos simpatizantes a atuar nessa área, acarretando
reprovações, desinteresse e falta de profissionais qualificados.
1
Universidade do Oeste de Santa Catarina, tailogonsalves@gmail.com
2
Universidade do Oeste de Santa Catarina, jeanch@gmail.com

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Em um século que aparenta ser cada vez mais tecnológico, nos tornamos dependentes
da informação digital. As escolas e universidades necessitam acompanhar esse avanço virtual.
Renovar seus métodos de ensino, trazendo novas tecnologias digitais para as salas de aula
torna-se um atrativo e uma possibilidade de formar profissionais mais capacitados para o
mercado de trabalho. Laboratórios virtuais passam a ser um método interessante de ensino e
com custo relativamente baixo em comparação ao laboratório físico. Um laboratório virtual
tem como finalidade facilitar o entendimento de determinado conteúdo e estimular a
curiosidades dos estudantes. Esse processo de conhecimento é facilitado com o uso de
animações e simulações virtuais.
A partir destes pressupostos o objetivo desta pesquisa foi projetar, implementar e
avaliar um laboratório virtual de física, utilizando o software Unity, como ferramenta de
auxílio ao processo de aprendizagem. Foi implementado no laboratório virtual, por meio de
objetos 2D e 3D, alguns dos principais fenômenos da física, entre eles: velocidade média,
massa, gravidade, atrito, elasticidade e som acústico.
Metodologicamente, esta pesquisa científica caracterizou-se como de natureza
aplicada, pois gerou uma aplicação prática (criação do laboratório virtual), e caracterizou-se
como qualitativa e exploratória, pois foi necessário tomar ciência do problema a ser explorado
e qualificando este e a solução oferecida. A análise dos dados foi realizada através de uma
pesquisa de laboratório e estudo de caso, a fim de coletar informações de voluntários (alunos
e professor), que avaliaram o laboratório virtual desenvolvido.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Segundo Nussenzveig (2013), a física é considerada uma das ciências mais
fundamentais na formação dos estudantes, apesar de atualmente ser introduzida apenas nas
ultimas fases do ensino obrigatório. O sucesso e a visibilidade da física como uma das
ciências naturais é resultado da utilização da matemática, como representante da sua
linguagem para expressar fórmulas físicas.
A ciência tem ganhado muitos novos observadores e evoluído de forma muito
acelerado, aproveitando a comodidade e o alcance da tecnologia. Visto que o principal
objetivo da física é compreender o que acontece ao nosso redor e do universo como um todo.
A principal motivação dos seres humanos é entendermos como as coisas realmente
funcionam, crescemos sendo instigados a querer adquirir mais conhecimento, essa curiosidade
nos leva a um avanço prático e a entender como funciona a teoria.

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Segundo Tipler e Mosca (2009), a palavra física significa o conhecimento natural, ela
estuda o que acontece na natureza e a natureza natural, concluindo que os fenômenos físicos
são suposições e talvez possam tornar-se verdadeiros.
O resultado do estudo da física são as leis que descrevem os fenômenos que nos
cercam, as fórmulas que explicam as teorias e que facilitam o nosso entendimento. Muitas
situações do nosso cotidiano são respondidas apenas com o conhecimento da física básica,
sendo que muitas vezes aprendemos com o nosso instinto de sobrevivência.
2.1 FENÔMENOS FÍSICOS
Velocidade média
Grupo De Ensino De Física Da Universidade Federal De Santa Maria (2017), a
velocidade média é uma forma utilizada para calcular a velocidade que os objetos se movem
em relação ao tempo em movimento ou repouso. No nosso cotidiano é utilizada para os
motoristas de automóveis calcularem aproximadamente o tempo médio para chegar a um
local determinado.
Elasticidade
Segundo Cavalcanti (2017), a elasticidade dos corpos está relacionada à lei de Hooke.
Ela possui objetivo de calcular a deformação dos corpos elásticos ao aplicar uma força. Em
laboratórios, os físicos observam e fazem muitos testes e experimentos, com o intuito de
encontrar maneiras distintas de deformação, entre elas, compressão; distensão; flexão; torção
e entre outros. Nessa lei é verificado se a força aplicada não é maior que o limite de
resistência do material, caso for, o corpo tende a perder elasticidade e a deformação passa a
ser permanente.
Gravidade
De acordo com Hewitt (2011), na física é muito comum testar a queda livre com
objetos de massa distinta, o experimento é realizado com a queda de dois objetos em um
ambiente alto, é observado que os corpos caem em velocidades diferentes, devido à

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interferência do ar. Porém, se o vácuo for retirado, os objetos tendem a cair na mesma
velocidade, indiferente da massa que eles possuem.
Massa
Desde o princípio da história, o homem procurou formas para medir a massa dos
objetos e alimentos. Colocando os itens em suas próprias mãos e medindo com sua própria
percepção e instinto, não sendo uma forma muito eficaz. Com a evolução e sua capacidade
intelectual foi capaz de adaptar esse método. Havendo uma distinção entre massa e peso,
sendo respectivamente, a quantidade de matéria que um corpo possui e a força da atração
gravitacional (FÍSICA, 2017).
Atrito
Hewitt (2011) comenta que o atrito é causado pelas irregularidades que a superfície
possui, quando tentamos mover algum objeto sentimos uma dificuldade inicialmente, isso é
devido à existência de dois atritos. A força de atrito estático é aplicada ao fazermos força para
mover algo, enquanto, o atrito cinético é aplicado quando o objeto estiver em movimento.
Som acústico
Grupo De Ensino De Física Da Universidade Federal De Santa Maria (2017) define
que os sons possuem intensidades e velocidades diferentes, variando conforme o ambiente, a
temperatura e o material que está interferindo o seu percurso. Todos os objetos que vibram e
possuem movimentos para frente e para trás repetitivamente, causam como reação uma onda
sonora.
2.2 DIFICULDADE DO ENSINO DA FISICA
Segundo Nascimento (2010), o ensino da física possui muitos problemas, após os
alunos concluirem o ensino médio é observado que não possuem conhecimentos sólidos em
relação aos conceitos de física. Além disso, existe uma necessidade de fazer os alunos
memorizarem conteudos, formulas, leis e teorias. Isso deve-se a pouca utilização dos
experiementos, sendo em laboratórios fisicos, laboratórios virtuais ou qualquer outra forma

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que leve o aluno a associar a teoria com a prática. Um dos maiores problemas em ensinar a
física está no excesso e a sequência de conteudo dificulta a compreensão dos alunos. E um
dos maiores objetivos dos professores é fazer o estudante simular situações reais e estimular
seu senso crítico.
2.3 LABORATÓRIOS VIRTUAIS
Os laboratórios virtuais existem com objetivo de auxiliar os estudantes e melhorar a
forma de ensino, com isso, atingir um número maior de pessoas e proporcionando um
aprendizado diferenciado. Acredita-se que muito em breve toda forma de ensino presencial,
poderá ser ensinada virtualmente. Os alunos ao utilizar um laboratório virtual possuem mais
comodidade e liberdade, devido à ferramenta estar disponível e poder ser acessada em
qualquer lugar e momento (OLIVEIRA et al., 2012).
Segundo Altoé; Fugimoto (2009), a inserção da tecnologia na educação faz com que
tenhamos pensamentos mais críticos sobre a forma tradicional de ensino. Porém para adotar
esse novo modelo de ensino é necessário que os professores sejam mais flexíveis e aceitáveis.
Muitas vezes, a tecnologia traz novas exigências à formação dos professores, havendo
dificuldades em incorporar recursos tecnológicos no ensino e aprendizagem. A educação
virtual não deve se distanciar da realidade, cabendo ao professor ensinar e guiar o aluno.
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
A área de estudos deste projeto foi a criação de um laboratório virtual de física,
visando permitir de forma lúdica e interativa que os alunos possam testar os conceitos de
alguns fenômenos físicos.
O presente estudo buscou aplicar conhecimentos adquiridos e abordar a educação de
forma prática, focando na resolução de um problema. Com isso, esse projeto é caracterizado
de natureza aplicada que terá os resultados qualificados. Para alcançar os objetivos, foram
realizadas pesquisas exploratórias buscando entender como a física se comporta e
convertendo conceitos em objetos em 2D e 3D. Os procedimentos técnicos utilizados foram:
pesquisa bibliográfica, pesquisa documental, pesquisa de laboratório e estudo de caso.
O público alvo para a ferramenta proposta são os professores de física e alunos que
estão cursando ou finalizaram o ensino médio, e que possuam curiosidade e interesse em
aplicar fundamentos da física. Neste sentido, foi utilizado como participantes deste estudo, a

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professora da UNOESC de Chapecó, Elisane Zanela e alunos voluntários do ensino médio do
Colégio Cenecista Padre Manoel Gomez Gonzalez, da cidade de Nonoai (RS).
O desenvolvimento de um jogo computacional, de forma semelhante ao
desenvolvimento de aplicativos comerciais, demanda da escolha de uma linguagem de
programação e de um planejamento do que o jogo irá realizar. Entretanto desenvolver um
jogo demanda ainda da escolha do motor do jogo (Engine).
Para Passos et al. (2009), motor de jogo são programas de computador com a
finalidade fundamental de auxiliar em tarefas repetitivas no desenvolvimento de jogos.
Possuem algumas funcionalidades básicas, tais como, renderização de objetos em 2D e 3D,
possibilidade de arquitetar os próprios scripts, editor de cenas e componentização, utilizar
arquivos próprios, como imagens, áudios, vídeos e outros modelos de objetos dimensionais.
Para o desenvolvimento do laboratório virtual foi adotado o motor de jogos Unity 3D.
Segundo Unity (2017), a Unity é um software personalizável e editável, com esta ferramenta é
possível criar qualquer jogo em 2D e 3D. Atualmente o software é líder no desenvolvimento
de jogos, com 34% de 1000 jogos gratuitos são realizados com o Unity. Acarretando em 770
milhões de jogadores utilizando os jogos.
No desenvolvimento desta ferramenta, foi utilizada a versão gratuita de Unity Engine.
Este contém algumas limitações, porém disponibiliza um sistema de física, componentes de
fácil acesso e multiplataforma, além disso, contém uma loja virtual com componentes e
projetos acessíveis.
Escolhida o motor de jogo, partiu-se para o levantamento dos requisitos, ou seja, a
definição dos fenômenos físicos que deveriam ser implementados no jogo. Esta etapa foi
realizada em conjunto a professora Elisane, que auxiliou na escolha de quais fenômenos seria
mais interessante para serem abordados no projeto.
Ao iniciar o protótipo do laboratório virtual, é apresentada a tela de carregamento.
Após é exibido o menu com opções para seleção dos fenômenos ou configurações do sistema.
Para utilizar as simulações é necessário configurar o ambiente e, além disso, cada simulação
contém um vídeo explicando como utilizar a cena.
O software simula os fenômenos físicos de atrito, massa, gravidade, som acústico e
velocidade média. Na interface (A) da Figura 1, o personagem tem como objetivo empurrar o
bloco e observar a força necessária para mover o objeto, demonstrando como o atrito
funciona. Na interface (B), é simulado o lançamento de um corpo, verificando a velocidade e
o alcance que a massa deste corpo possui. O objetivo da interface (C) é verificar o peso de um
corpo em planetas diferentes e observar quanto tempo um objeto leva para chegar ao planeta

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em uma determinada distância. Na interface (D), é demonstrada a velocidade do som em
ambientes diferentes, entre eles, sólido, gasoso e líquido. O personagem da interface (E) tem
como objetivo coletar os cubos dispostos durante o percorrer da simulação, enquanto é
calculado a distância e o tempo do trajeto, resultando na velocidade média. Interface (F) é
representada a deformação ou a distância de compressão que uma mola sofre ao ser esticada.
Figura 1: Interface das simulações
Fonte: O autor
A B
C D
E F

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Após o desenvolvimento do laboratório virtual proposto, com o auxílio da educadora
de física já cita, foi realizado um questionário (Quadro 1), com intuito de avaliar como é
realizado um experimento físico sem auxilio tecnológico, e como o laboratório virtual poderia
auxiliar nesse processo de aprendizagem. Todas as perguntas elaboradas foram para receber
respostas descritivas, a fim de qualificar o entendimento das questões. Afim de
armazenamento e avaliação das respostas foi utilizado a tecnologia de formulários da empresa
Google. Além disso, a coleta das informações da professora foi realizada em forma de
entrevista presencial.
Quadro 1 – Questionário para a professora de física
Com relação ao fenômeno de atrito:
Como você realizaria um experimento prático para demonstrar aos alunos?
Após utilizar o protótipo, quais as vantagens da ferramenta? O que poderia ser melhorado
na simulação?
Com relação ao fenômeno de elasticidade:
na simulação?
Com relação ao fenômeno de velocidade média:
na simulação?
Com relação ao fenômeno de gravidade:
na simulação?
Com relação ao fenômeno de som acústico:
na simulação?
Com relação ao fenômeno de massa:
na simulação?
Fonte: O autor

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Afim de avaliar a ferramenta desenvolvida, formulou-se um questionário (Quadro 2),
que foi aplicado junto aos voluntários, alunos do ensino médio. Todas as perguntas
formuladas foram objetivas com 3 (três), escolhas: Sim; Não; Em partes. Para armazenamento
e avaliação das perguntas e resposta foi utilizado a tecnologia de formulários da Google, a
coleta de informações foi realizada de forma presencial, os alunos foram direcionados a um
laboratório de informática físico e receberam instruções para utilizar o laboratório virtual e
abrir o formulário e responde-lo.
Quadro 2 – Questionário de avaliação do protótipo
Questão 1: Com relação ao fenômeno de atrito, o protótipo conseguiu simular?
( ) Sim ( ) Não ( ) Em partes
Questão 2: Com relação ao fenômeno de elasticidade, o protótipo conseguiu simular?
Questão 3: Com relação ao fenômeno de velocidade média, o protótipo conseguiu
simular?
Questão 4: Com relação ao fenômeno de gravidade, o protótipo conseguiu simular?
Questão 5: Com relação ao fenômeno de som acústico, o protótipo conseguiu simular?
Questão 6: Com relação ao fenômeno de massa, o protótipo conseguiu simular?
Fonte: O autor
4 ANÁLISE DOS DADOS
A avaliação da ferramenta foi realizada com 11 alunos e uma professora de física, e se
utilizou dos questionários apresentados na metodologia da pesquisa. A avaliação consistiu em
levar os voluntários a um laboratório de informática, onde o software estava disponível. Os
alunos foram instruídos quanto a manipular o laboratório virtual e após responder o
questionário. Quanto à coleta das respostas da educadora, esse foi efetuado em forma de
entrevista presencial.
De acordo com a professora entrevistada, as aulas experimentais são relevantes no
processo de aprendizagem do aluno de física. Ela ainda menciona que, realizar experimentos

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com o auxilio da tecnologia é mostrar aos estudantes como a teoria funciona, é facilitar a
compreensão das leis físicas. Conclui que, o uso de novas ferramentas vai servir como auxilio
aos alunos, pois para realizar um experimento valido é necessária a utilização de um
laboratório de física, o qual muitas escolas e instituições não possuem tal infraestrutura, e a
sua aquisição demanda de um custo elevado.
Os resultados da avaliação aos alunos, está presente no Quadro 3.
Quadro 3 - Resultado da avaliação do laboratório virtual
Questão Sim Não Em partes
Questão 1 100% 0% 0%
Questão 2 18,18% 54,54% 27,27%
Questão 3 63,63% 9, 09% 27,27%
Questão 4 100% 0% 0%
Questão 5 27,27% 27,27% 45,45%
Questão 6 81,81% 0% 18,18%
Fonte: O autor
De acordo com os resultados obtidos, foi observado que a simulação de elasticidade
possuiu a porcentagem de satisfação menor que 30%, sendo a maior parte das respostas com o
índice de 54,54% de rejeição. Cogitamos que a insatisfação dos alunos, seja devido à
limitação do sistema de física do software Unity, limitando a utilização da elasticidade das
molas. A simulação de som acústico possuiu a porcentagem de aceitação menor que 30%,
concentrando a maior parte das respostas no item Em partes, resultando em media 45% das
respostas. Cogitamos que o resultado, seja devido à complexidade em simular uma animação
do fenômeno.
O fenômeno de velocidade média conseguiu em média 63% de aprovação, onde
45,45% das respostas satisfizeram em partes os estudantes, possuindo a porcentagem de
reprovação com 9,09%. Supomos que a dificuldade na usabilidade da animação foi uma das
causas que podem ter influenciado os alunos. O Mesmo problema citado pode ter ocorrido
com a simulação de massa, onde possuiu 81,81% de aceitação e 18,18% dos alunos podem ter
ficado confusos na utilização da ferramenta.
As simulações de atrito e gravidade possuíram 100% de aceitação. Esse resultado é
devido à facilidade na utilização e a efetividade das animações em demonstrar algo próximo à
realidade.

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Pela avaliação realizada podemos observar que a proposta de um laboratório virtual foi
positiva, inicialmente a ferramenta não vai substituir o método de ensino tradicional, mas
trazer novas formas para adquirir mais conhecimento.
5 CONCLUSÃO
Ficou evidenciado com a problemática desta pesquisa que os alunos necessitam de
uma forma para melhorar a qualidade e a compreensão da aprendizagem de física, pois pela
falta de opções de laboratórios físicos, materiais para experimentos ou até mesmo por
desconhecimento do professor, não há uma relação eficaz entre a teoria e a prática.
Ao findar esta pesquisa chega-se à conclusão que apesar da complexidade em
compreender a física e seus desdobramentos, existem motores de jogos que permitem e
oferecem um ambiente de física básico já implementado, com componentes e efeitos que
auxiliam o programador no desenvolvimento de softwares que venham a auxiliar a
aprendizagem de física, como por exemplo o desenvolvimento de um laboratório virtual.
Evidenciou-se ainda o acompanhamento prestado de uma educadora de física durante
o desenvolvimento desta pesquisa. A participação desta mestra na área, foi crucial, pois além
de auxiliar no levantamento dos requisitos necessários para a construção das simulações, está
profissional também validou todas as simulações e animações construídas para o laboratório
virtual, a fim de que estas fossem lúdicas e ao mesmo tempo eficazes para relacionar a teoria
com a prática e situações do cotidiano.
Pela avaliação realizada com os alunos voluntários, foi possível identificar que as
simulações de atrito, gravidade, massa e velocidade média alcançaram resultados satisfatórios
junto ao laboratório virtual desenvolvido. Porém, as simulações de som acústico e elasticidade
não obtiveram aceitação positiva. Isso deve-se, ao fato de que a ferramenta Unity 3D, na sua
versão acadêmica e gratuita, possui limitações no seu ambiente de física. Desta forma é
possível concluir que um laboratório virtual de física é sim muito relevante para o processo de
aprendizagem de física, servindo como ferramenta de apoio e auxilio para estudos
complementares, porém sempre com o acompanhamento de um professor da área.
Salienta-se ainda que se faz necessário uma pesquisa com um número maior de alunos
voluntários a fim de solidificar e melhor avaliar o software desenvolvido para o fim desta
pesquisa.

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REFERÊNCIAS
ALTOÉ, Anair; FUGIMOTO, Sonia Maria Andreto. COMPUTADOR NA EDUCAÇÃO E
OS DESAFIOS EDUCACIONAIS. 2009. Disponível em:
<http://www.pucpr.br/eventos/educere/educere2009/anais/pdf/1919_1044.pdf>. Acesso em:
22 out. 2017.
CAVALCANTI, Eduardo. Lei de Hooke. Disponível em: <http://blogdaengenharia.com/lei-
de-hooke/>. Acesso em: 16 out. 2017.
FÍSICA. PESOS E MEDIDAS. 2017. Disponível em: <http://www.fisica.net/unidades/pesos-
e-medidas-historico.pdf>. Acesso em: 19 out. 2017.
GRUPO DE ENSINO DE FÍSICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
(Santa Maria). Ondas Sonoras. Disponível em:
<http://coral.ufsm.br/gef/Ondas/ondas15.pdf>. Acesso em: 20 out. 2017.
GRUPO DE ENSINO DE FÍSICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
(Santa Maria). Velocidade Média. Disponível em:
<http://coral.ufsm.br/gef/Cinematica/cinema10.pdf>. Acesso em: 16 out. 2017.
HEWITT, Paul G. Física Conceitual. 11. ed. San Francisco: Bookman, 2011.
NASCIMENTO, Tiago Lessa do. REPENSANDO O ENSINO DA FÍSICA NO ENSINO
MÉDIO. 2010. Disponível em: <http://www.uece.br/fisica/index.php/arquivos/doc_view/75-
?tmpl=component&format=raw>. Acesso em: 22 out. 2017.
NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de física básica. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher,
2013.
OLIVEIRA, Jéssica Mariella de Carvalho et al. DESENVOLVIMENTODA
PLATAFORMA DO LABORATÓRIO DE ACESSO REMOTO E
INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL VIA WEB. 2012. Disponível em:
<http://docplayer.com.br/2080018-Desenvolvimento-da-plataforma-do-laboratorio-de-acesso-
remoto-e-instrumentacao-virtual-via-web.html>. Acesso em: 22 out. 2017.
PASSOS, Erick  baptista et al. Tutorial: Desenvolvimento  de  Jogos  com  Unity
3D. 2009. Disponível em:
<http://sbgames.org/papers/sbgames09/computing/tutorialComputing2.pdf>. Acesso em: 25
out. 2017.
TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. 6. ed. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2009.
UNITY. FLEXÍVEL, RÁPIDO E AVANÇADO. 2017. Disponível em:
<https://unity3d.com/pt/unity>. Acesso em: 25 out. 2017.

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